8051 单片机矩阵键盘控制实战：4x4 扫描、8255 配置与 LED 显示

时间：2026-08-25 | 作者：骑光打字机 | 阅读：0

前言

在 8051 单片机实验里，矩阵键盘和 LED 显示经常一起出现，但很多教程只贴代码，没有把 8255 的端口分工和扫描逻辑讲透。本文按端口初始化、逐行扫描、键值显示三个环节重新梳理这套实现，帮助你看懂 `COM8255=0x81` 为什么这样配、`keyscan` 怎样完成译码，以及出现显示异常时该先查哪几处。

在 8051 单片机实验里，矩阵键盘和 LED 显示往往是最先碰到的一组输入输出组合，但不少资料只给出代码，没把扫描过程和端口分工讲清楚。本文按“硬件端口如何分配、程序如何逐行扫描、键值又是怎样送到 LED”这条主线重写这个案例，帮助你判断这套方案为什么能工作，以及后续该从哪几处入手做调试。

8255 与键盘、LED 的端口分配怎么定

这个案例的目标很明确：使用 8051 微控制器配合 8255 并行接口芯片，完成一个 4x4 矩阵键盘的扫描，并把识别到的键值实时显示到 LED 显示器上。

8255 端口分工与矩阵键盘、LED 连接关系图 — **端口分工示意**用端口分工图把 8255 在本案例中的输入输出角色讲清楚，方便读者先建立整体硬件映射。

程序首先定义了 8255 的几个关键寄存器地址，其中控制寄存器位于 0x8006，A、B、C 三个端口分别位于 0x8000、0x8002、0x8004。这部分地址映射决定了后面每一次读写究竟落到哪个外设端口上。

#include 
#include 
xdata unsigned char COM8255   _at_  0x8006;
xdata unsigned char PA8255   _at_  0x8000;
xdata unsigned char PB8255   _at_  0x8002;
xdata unsigned char PC8255   _at_  0x8004;

unsigned char tab[16]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e};
unsigned char dat,col,rol;

其中，tab[16] 是数码管显示编码表，保存了 16 个按键值对应的段码。也就是说，矩阵键盘扫描得到的结果不是直接显示，而是先作为索引，再去查这张表，最后输出到显示端口。

初始化阶段最关键的一句是：

COM8255=0x81;         //8255 PA、PB输出，PC7--PC4输出，PC3--PC0输入

这条配置决定了整套方案的工作分工：

PA 作为输出口，用来送数码管段码；
PB 作为输出口，用来配合 LED 显示控制；
PC 高四位作为输出，用于矩阵键盘逐行扫描；
PC 低四位作为输入，用于读取列线状态。

这也是矩阵键盘最典型的接法之一：一侧负责“轮流拉低”行线，另一侧负责“读取变化”列线。只要有按键按下，当前被扫描到的那一行就会和某一列形成导通，从而把列输入拉成低电平。

延时函数和逐行扫描为什么缺一不可

矩阵键盘扫描不是一次读端口就能稳定完成的。原因有两个：一是机械按键本身存在抖动，二是行线切换之后需要一点点时间让电平稳定下来。所以程序单独准备了两个延时函数，分别承担不同任务。

矩阵键盘逐行扫描与键值计算流程图 — **键盘扫描与译码流程**把逐行拉低、读取列线、匹配键值的过程拆成步骤图，比直接看 `switch` 更容易理解。

void  delay20ms(unsigned char  t)
{
   unsigned char a,b;
   a=0xff;
   b=t;
   while(b)
   { while(a--);
      b--;
   }
}
void delay(unsigned char m)
{
   unsigned char n;
   while(m)
   {
      for(n=110;n>0;n--);
	 m--;
   }
}

delay20ms 用于较长时间保持显示，delay 用于较短的扫描等待和简单去抖。它们本质上都是循环延时，真实时长会受到单片机时钟频率影响，因此在不同实验板上，显示稳定性和响应速度可能还需要重新校准。

真正的核心在 keyscan 函数。它采用的是逐行扫描法：先让 PC 口高四位中的某一位输出低电平，其余保持高电平，再读取低四位列线状态；之后把这个“低电平窗口”左移，继续扫描下一行，直到四行全部检查完毕。

unsigned char  keyscan(void)
{
   unsigned char i,t,k,m;
   m=0xef;           //扫描初值。   PC4输出0，即扫描PC4线
   for(i=0;i<4;i++)
   {
   PC8255=m;     //输出行线（高四位） 
   delay(1);
   t=PC8255;     //读取列线（低四位）
   t|=0xf0;
   switch(t)
   {
      case 0xfe: k=4*i;
	         break;
      case 0xfd: k=4*i+1;
	         break;
      case 0xfb: k=4*i+2;
	         break;
      case 0xf7: k=4*i+3;
	         break;
    
   }
   m=m<<1;       //“0”向左移动，扫描下一行
   m|=0x01;
 }
 return(k);
}

这里有几个细节值得特别注意：

扫描初值为什么是 `0xef`

0xef 的二进制形式是 1110 1111，也就是 PC4 为 0，其余位为 1。由于 PC 高四位承担行扫描任务，这就意味着第一次先扫描第一行。

为什么读取后还要执行 `t|=0xf0`

因为程序只关心低四位列输入，高四位原本是扫描输出位。执行 t|=0xf0 后，高四位被统一置 1，这样后面的 switch 就只需要针对列线低电平组合做判断，匹配会更直接。

主循环中键盘扫描到 LED 显示的数据流关系图 — **主循环与显示数据流**用数据流图说明 `main`、`keyscan`、`display` 和 `tab`。

键值是怎么计算出来的

当读到 0xfe、0xfd、0xfb、0xf7 时，分别表示当前扫描行上的第 1、2、3、4 列被按下。程序因此按 4*i 到 4*i+3 的方式给出键值索引。这样一来，4x4 键盘的 16 个按键就被映射成了 0 到 15。

从实现思路上看，这段代码完成的是“行列定位”而不是字符解释。它先得到一个键位编号，再交给显示部分去处理，因此后续无论你想显示数字、十六进制字符，还是改成控制命令，入口都比较清晰。

键值扫描出来后，LED 是怎样显示的

得到键值以后，程序会进入 display 函数，把这个编号转换成实际的数码管段码输出。

void  display(unsigned char ch)
{
   PB8255=0x1;
  
   PA8255=tab[ch];
   delay20ms(100);
  
}

这段逻辑不复杂，但职责很明确：

先通过 PB8255=0x1; 使能或选通 LED 显示；
再把 tab[ch] 对应的段码送到 PA 口；
最后通过 delay20ms(100) 保持一段显示时间。

因为 tab 表里已经预先放好了 16 个编码，所以只要扫描结果 ch 落在 0 到 15 之间，数码管就能显示出对应内容。这也是为什么前面扫描函数必须返回一个稳定、连续的键值索引，而不是零散的端口状态。

如果你在仿真时发现按键已经识别，但 LED 显示不对，通常就要优先检查两件事：一是 tab 编码表是否与实际数码管类型匹配，二是 PA、PB 端口在电路中的连接方向是否与程序假设一致。

主程序如何把扫描和显示连成实时交互

主函数部分实际上就是把前面的几块逻辑串起来：先完成 8255 初始化，再不断轮询键盘，最后把结果显示出来。

void main(void)
 { 
    COM8255=0x81;         //8255 PA、PB输出，PC7--PC4输出，PC3--PC0输入
   
   // Write your code here
   while (1)
   {     
      dat=keyscan();
      display(dat);
   }
}

这里的执行流程可以概括为三步：

写入 COM8255=0x81，确定 8255 各端口输入输出方向；
在死循环里不断调用 keyscan()，轮询矩阵键盘；
把返回的 dat 交给 display(dat)，实时刷新 LED。

这种写法的优点是结构简单，适合实验、课程设计和基础功能验证。它没有中断机制，也没有更复杂的状态管理，因此理解门槛低，调试时可以直接从“端口配置是否正确、扫描值是否稳定、显示编码是否匹配”三条线逐项排查。

当然，这份程序也保留了很明显的教学式特征。比如，按键去抖处理比较基础，没有看到无按键状态的明确返回分支；如果多个按键同时按下，现有 switch 结构也没有专门处理冲突输入。但对于“8051 + 8255 + 4x4 矩阵键盘 + LED 显示”这个入门场景来说，它已经完整展示了从硬件扫描到显示输出的基本链路。